小型汽輪機(jī)一鍵掛閘系統(tǒng)改造與應(yīng)用

黃光偉

（福建省福能龍安熱電有限公司 福建寧德 355208）

0 引言

目前多數(shù)國(guó)產(chǎn)小型汽輪機(jī)組自動(dòng)化水平較低，控制邏輯不完善，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程一鍵掛閘及自動(dòng)控制，而許多大中型汽輪機(jī)多具備此功能。為滿足電力企業(yè)集中控制的要求，降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，需對(duì)小型汽輪機(jī)一鍵掛閘系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文介紹17.1 MW 國(guó)產(chǎn)小型背壓汽輪機(jī)DEH 控制系統(tǒng)一鍵掛閘的改造方案及改造后的應(yīng)用情況。

1 改造前的設(shè)備狀況及存在問(wèn)題

1.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

龍安熱電公司鍋爐選用華西能源工業(yè)股份有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的150 t/h 高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐，DCS 采用杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的MACS V6 系統(tǒng)。#1 汽輪機(jī)組是杭州汽輪機(jī)股份有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的HNG40/40 新型背壓汽輪機(jī)，額定功率17.1 MW，額定轉(zhuǎn)速5 214 r/min，進(jìn)汽額定壓力13.0 MPa，進(jìn)汽額定溫度535 ℃，進(jìn)汽額定流量150 t/h，排汽額定壓力1.6 MPa。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要包含轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)字式調(diào)速器、電液轉(zhuǎn)換器、油動(dòng)機(jī)和調(diào)節(jié)汽閥等部件，而速關(guān)組件是將調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的部分部件組合安裝在一起，其主要功能有就地啟、停機(jī)、遙控停機(jī)、速關(guān)閥聯(lián)機(jī)試驗(yàn)等［1］。速關(guān)組件本體的結(jié)構(gòu)和外形見(jiàn)圖1。

圖1 速關(guān)組件結(jié)構(gòu)和外形圖

速關(guān)組件工作原理見(jiàn)圖2，在速關(guān)組件中設(shè)計(jì)有與原理圖相同的內(nèi)部油路。啟動(dòng)油換向閥（1843）和速關(guān)油換向閥（1842）都是旋鈕換向閥，均在就地開(kāi)啟主汽速關(guān)閥時(shí)使用［1］。只有當(dāng)主汽速關(guān)閥完全開(kāi)啟后，才允許投入調(diào)速器，然后沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)。

圖2 速關(guān)組件工作原理圖

1.2 改造前的基本狀況

當(dāng)汽輪機(jī)需掛閘啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)行人員必須在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)依次將速關(guān)油換向閥（1842）和啟動(dòng)油換向閥（1843）的旋鈕逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90°，則速關(guān)油換向閥（1842）的P 與B、A 與T 形成通路。在壓力油E1 油壓作用下插裝閥DG16 關(guān)閉，切斷壓力油E1 與速關(guān)油E2 的通路，速關(guān)油E2 油壓為0，同時(shí)啟動(dòng)油換向閥（1843）的P 與B 及A 與T 形成通路，于是啟動(dòng)油F 建立油壓。當(dāng)啟動(dòng)油壓力上升到0.6 MPa 時(shí)，將速關(guān)油換向閥（1842）旋鈕順時(shí)針?lè)较蚧匦?0°，使速關(guān)油換向閥（1842）復(fù)位，則P與A、B 與T 形成通路，于是DG16 開(kāi)啟，壓力油E1 與速關(guān)油E2 形成通路，使速關(guān)油E2 建立壓力，待速關(guān)油E2 壓力穩(wěn)定后，再將啟動(dòng)油換向閥（1843）復(fù)位，使F 與T 接通。由于啟動(dòng)油換向閥（1843）回油口裝有節(jié)流孔板和可調(diào)針閥，因此主汽速關(guān)閥將會(huì)隨著啟動(dòng)油的回油過(guò)程而逐漸開(kāi)啟，此時(shí)才完成現(xiàn)場(chǎng)掛閘步驟［1］。

1.3 存在問(wèn)題

（1）現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)掛閘操作過(guò)于繁瑣，需要多人參與完成，且運(yùn)行操作人員技能水平參差不齊，存在誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）當(dāng)機(jī)組事故跳閘后，無(wú)法快速重新掛閘，導(dǎo)致機(jī)組重新啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，不利于事故應(yīng)急處置。

2 改造方案分析與實(shí)施

2.1 改造方案分析

通過(guò)對(duì)改造可行性研究分析，且基于目前電磁閥功能已較為完善，完全能滿足改造要求，決定利用電磁閥對(duì)掛閘油路進(jìn)行控制，最終確定了遠(yuǎn)程一鍵掛閘改造方案。

2.2 改造方案及實(shí)施

將速關(guān)組件上的啟動(dòng)油換向閥和速關(guān)油換向閥拆除后，均更換為型號(hào) Rexroth（MNR：R900561274 4WE6D62/EG24N9K4）的電磁閥。

從#1 電子間DEH 系統(tǒng)控制柜繼電器板敷設(shè)兩條規(guī)格為ZR-KVV-2*1.5 的控制電纜，分別接至啟動(dòng)油換向電磁閥和速關(guān)油換向電磁閥，電磁閥電源均取自DEH 系統(tǒng)控制柜24 V電源端子排。

在DCS 工程總控原有控制邏輯基礎(chǔ)上增加一鍵掛閘控制邏輯。

（1）啟動(dòng)油換向電磁閥控制方案為：設(shè)置是否自動(dòng)掛閘選擇，當(dāng)選擇自動(dòng)掛閘，掛閘按鈕、所有閥門全關(guān)、汽輪機(jī)已跳閘和速關(guān)油壓低開(kāi)關(guān)四個(gè)信號(hào)同時(shí)來(lái)時(shí)，啟動(dòng)油換向電磁閥將得電通油，啟動(dòng)油壓和速關(guān)油壓依次建立。設(shè)定建立啟動(dòng)油壓所需時(shí)間，當(dāng)啟動(dòng)油壓力上升到0.6 MPa 后，自動(dòng)釋放啟動(dòng)油壓力，主汽速關(guān)閥自動(dòng)開(kāi)啟。

根據(jù)建立啟動(dòng)油壓現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)（試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1），通過(guò)測(cè)量啟動(dòng)油壓建立所需時(shí)間及主汽速關(guān)閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)，最終確定啟動(dòng)油換向電磁閥得電通油時(shí)間為60 s。啟動(dòng)油換向電磁閥控制邏輯見(jiàn)圖3。

圖3 啟動(dòng)油換向電磁閥控制邏輯

表1 建立啟動(dòng)油壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

（2）速關(guān)油換向電磁閥控制方案為：設(shè)置是否自動(dòng)掛閘選擇，當(dāng)選擇自動(dòng)掛閘，機(jī)組DEH 開(kāi)出打閘信號(hào)來(lái)時(shí)，速關(guān)油換向電磁閥得電，釋放速關(guān)油壓力，主汽速關(guān)閥自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)機(jī)組已跳閘信號(hào)來(lái)時(shí)，速關(guān)油換向電磁閥失電復(fù)位，速關(guān)油油路保持在通路狀態(tài)。當(dāng)再次掛閘時(shí)，啟動(dòng)油換向電磁閥得電建立啟動(dòng)油后，速關(guān)油壓力也開(kāi)始建立形成。速關(guān)油換向電磁閥控制邏輯見(jiàn)圖4。

圖4 速關(guān)油換向電磁閥控制邏輯

在DCS 工程總控的DEH 組態(tài)畫(huà)面中增加相應(yīng)一鍵掛閘操作按鈕。“一鍵掛閘”框內(nèi)增設(shè)“掛閘”、“啟動(dòng)油”、“速關(guān)油”“手動(dòng)掛閘”4 個(gè)按鍵，操作按鈕見(jiàn)圖5。

圖5 一鍵掛閘操作按鈕

（1）“一鍵掛閘”框中“啟動(dòng)油”按鍵顯示灰色，說(shuō)明啟動(dòng)電磁閥處在“失電”“泄油”狀態(tài)；“啟動(dòng)油”按鍵顯示紅色說(shuō)明啟動(dòng)電磁閥處在“得電”“通油”狀態(tài)?！八訇P(guān)油”按鍵顯示灰色說(shuō)明速關(guān)電磁閥處在“得電”“泄油”狀態(tài)；“速關(guān)油”按鍵顯示紅色，說(shuō)明速關(guān)電磁閥處在“失電”“通油”狀態(tài)。

（2）“一鍵掛閘”框中“手動(dòng)掛閘”按鍵是只作為“自動(dòng)掛閘”與“手動(dòng)掛閘”切換按鍵。

（3）“一鍵掛閘”框中“掛閘”按鍵只作為自動(dòng)掛閘時(shí)使用。

3 改造后的應(yīng)用情況

3.1 改造后的一鍵掛閘控制系統(tǒng)

一鍵掛閘控制系統(tǒng)分為2 種操作模式：遠(yuǎn)程手動(dòng)掛閘和遠(yuǎn)程自動(dòng)掛閘。

（1）遠(yuǎn)程手動(dòng)掛閘模式。運(yùn)行人員通過(guò)在集控室點(diǎn)擊DEH畫(huà)面中“一鍵掛閘”框，檢查“手動(dòng)掛閘”顯示應(yīng)為綠色，此時(shí)機(jī)組掛閘處于手動(dòng)。如“速關(guān)油”按鍵處于失電狀態(tài)，則顯示紅色，此時(shí)“啟動(dòng)油”應(yīng)顯示灰色，點(diǎn)擊“啟動(dòng)油”按鍵，跳出“啟動(dòng)油建立”確認(rèn)框，點(diǎn)擊確認(rèn)后，“啟動(dòng)油”顯示紅色，此時(shí)啟動(dòng)油壓和速關(guān)油壓依次開(kāi)始建立。當(dāng)DEH 畫(huà)面上端顯示“已掛閘”，方可點(diǎn)擊“啟動(dòng)油按鍵”按鍵，跳出“啟動(dòng)油泄油”確認(rèn)框，確認(rèn)后，啟動(dòng)油開(kāi)始泄油，主汽速關(guān)閥開(kāi)啟，DEH 畫(huà)面上端“主汽門開(kāi)”將會(huì)顯示紅色，此時(shí)已完成遠(yuǎn)程手動(dòng)掛閘步驟。

（2）遠(yuǎn)程自動(dòng)掛閘模式。運(yùn)行人員通過(guò)在集控室點(diǎn)擊點(diǎn)擊DEH 畫(huà)面中“一鍵掛閘”框中“手動(dòng)掛閘”按鍵，跳出“自動(dòng)掛閘”確認(rèn)框，點(diǎn)擊確認(rèn)后，“一鍵掛閘”框中“手動(dòng)掛閘”按鍵顯示紅色“自動(dòng)掛閘”。再點(diǎn)擊“一鍵掛閘”框中“掛閘”按鍵，DEH系統(tǒng)將根據(jù)邏輯設(shè)定好的程序自動(dòng)檢測(cè)“速關(guān)油”按鍵是否在失電狀態(tài)：若“速關(guān)油”按鍵在得電狀態(tài)，DEH 系統(tǒng)自動(dòng)將“速關(guān)油”按鍵轉(zhuǎn)為失電狀態(tài)。DEH 系統(tǒng)將根據(jù)邏輯設(shè)定好的程序自動(dòng)依次建立啟動(dòng)油壓力和速關(guān)油壓力，60 s 后，系統(tǒng)將自動(dòng)泄去啟動(dòng)油，主汽速關(guān)閥也自動(dòng)開(kāi)啟，DEH 畫(huà)面上端“主汽門開(kāi)”將會(huì)顯示紅色，此時(shí)已完成遠(yuǎn)程自動(dòng)掛閘步驟。

3.2 改造后的運(yùn)行實(shí)踐

汽輪機(jī)一鍵掛閘系統(tǒng)投運(yùn)兩年半以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，提高了汽輪機(jī)組自動(dòng)化程度，解決了原來(lái)啟動(dòng)掛閘需要運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)操作的問(wèn)題，降低了操作人員的工作量和誤操作風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)一鍵掛閘系統(tǒng)改造取得良好效果，為同類機(jī)組的相關(guān)改造提供了有益的經(jīng)驗(yàn)，也為公司汽輪機(jī)后續(xù)一鍵啟動(dòng)改造奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。